介绍天线的基本知识(doc 11)

1、介绍天线的基本知识 偶极天线：这是最基本的天线型式，也是构成其它天线的基础 垂直天线：这种天线其实是穷人的福气，便宜又大腕 J 型天线：这是在V/UHF波段很流行的无定向天线 Colinear 天线：这种天线在V/UHF通讯领域也曾流行 Helix 天线：国内一般叫蝙蝠旋翼天线，是广播电台的首选天线 Dopple Quad天线：样子有点想Helix ，但是定向的 Y agi 天线：这是最经典的定向天线 HB9CV 天线：这是紧缩型的定向天线 X-beam 天线：X 形振子的定向天线 Gem Quad天线：方框型的天线 其它型式天线：各种希奇古怪的天线 天线测量与仪器：测量的方法与小仪器的自制

2、馈线：虽然不是天线，却十分重要 天线照相簿：在学做天线之前，先看看产品天线的样子，解解谗吧。 完全天线手册基本概念_天线是FM DX的耳朵，微弱的电波从天线经过馈线进入接收机，才能让我们听到远方电台的声音。一个接收系统的好坏，天线占了一半。我们希望天线能有高的增益，把微弱的信号变得响亮，我们希望天线能有一定的选择能力，把传呼台干扰和本地强台挡在外面，我们希望天馈系统尽量减小损耗，把每一微伏的信号都送到接收机的前端。对于大多数使用便携式收音机来收听FM DX的人说，他们的天线也许只是收音机上的拉杆天线，这样的天线虽然简单方便，但是对于FM DX来说，无论如何是不够的，尽管拜电离层的恩赐，这样的天

3、线系统也不是没有可能接收到DX 信号。我将介绍一些常见而且容易自制的天线，这些天线能够用我们日常生活中容易得到的材料制作。我会逐一制作这些天线，将制作的过程拍成照片，并给出尽可能详细的尺寸数据。尽管我在制作过程中会动用天线分析仪甚至是综合测试仪等设备，但是我将告诉读者不使用这些昂贵仪器的调试方法。至少，完全按照我的材料、尺寸总不会错。电波在讲天线之前，不能不先提一提电波。我们制作天线的目的是为了捕捉电波，因此，在考虑天线的问题之前，绝对有必要先研究一下电波的问题。FM 广播波段，频率上是从87.5MHz 到108MHz ，对应的波长是3.4米到2.7米，一般称做3米波段，是VHF （V ery

4、 High Frequency）的一段。这个波段以下，54MHz 到87.5MHz 是电视广播波段，以上，108MHz 到136MHz 是航空通讯波段。VHF 波段的电波传播，主要有三种途径：直接波这是指从发射天线到接收天线之间，不经过任何发射，直接到达，电波就象一束光一样，所以有人称它为视线传播。视线传播这个名字也表明了这种传播方式能够传播的距离不远。这有两个原因，首先是电波从发射点出发，其能量是以幂级数递减的，而接收机要能良好地解调出广播，需要一定的信号强度。所以太远的地方，信号太弱，不足以解调。如果只是这个原因，那么拚命提高发射功率或增加接收天线的增益，也许就可以扩大收听的范围了。但是，

5、还有一个重要的问题是，地球是圆的，在地球上任何一点发出的电波，按直线前进的方向，最终将离开地球射向天空。主要是由于第二个原因，一般地讲，地面上一个发射台发出的直线波，只能传播到70km 远处地面上的接收处。如果双方的高度增加，那么这个距离还可以增加，但总是有限的。所以，70km ，是本地收听的极限，实际上，由于山脉、丘陵、房屋的阻挡、反射，这个距离还要大打折扣，一般可以估计的距离是35km 。电离层发射波这是指电波通过电离层的发射达到接收方。这里面的名堂很多。电离层本身是有多个层次的，支持短波（1.8MHz 到30MHz ）反射的电离层是F1和F2层。F1和F2并不是甘心反射所有的无线电波，它

6、们能反射的最高频率是有限的，超过这个频率的电波完全得不到反射，而是穿过电离层射向太空。如果没有这个特性，那么通讯卫星就不可能存在了，通讯卫星就是在电离层外工作的。这个最高频率叫作MUF （Max Usable Frequency）。 MUF 与很多因素有关，主要是和太阳黑子活跃程度以及季节有关。太阳黑子活跃，MUF 就高，天气热，MUF 也高。MUF 最高能高到多少呢？一般在太阳黑子活跃期的夏天，MUF 在20MHz 到 40MHz 之间，很少超过50MHz 。在低的时候甚至会低到10MHz 以下。但是在太阳黑子异常活跃的时候，MUF 也有可能偶然达到100MHz 。这时候，就有可能通过F 层

7、发射收到DX FM了。但是这不是FM DX的主要形式，FM DX主要是通过另外一个电离层E 层。本来E 层的出现是破坏F 层，所以我们不妨记F 层为Friend 层，E 层为Enemy 层。但是Es 层的出现，却会形成一个短期内密度极高的反射层。反射层的密度高，意味着能更好地反射电波。所以Es 层开通的时候，DX 电台的信号会异常地强。在6米和10米业余波段工作的业余电台都知道， Es 层开通的时候，很小的功率，甚至5W ，也有可能做DX 联络。Es 的开通，主要是提供了 800km 以内电波的传播路径。由于信号很强，其实很多时候并不需要很好的设备就可以接收，需要的是耐心和运气。除了这两种反射

8、，FM DX 还有可能通过对流层反射和流星余迹到达你的接收机。地波和大气波导本来来说，理论上VHF 是不存在地波的。但是无数的实践表明，VHF 也存在着某种程度的地波传播。所以我们能稳定地接收200km 左右电台的信号。江苏和安徽两省的业余电台，每年国庆的时候都进行全省VHF 移动通讯实验，也证明了VHF 电波可以在200km 左右的距离得到传播。大气波导是另外一种可能传播VHF 电波的手段，不过人们研究得还不够多。既然存在着这些可能，那么如何知道我收到的信号是以什么方式来的呢？一般来说，如果收到的信号来自70km 以内的电台，基本上可以认为是直接波；如果是200km 以内，而且信号稳定（不一

9、定强），那么大概是地波；如果是800km 以内，信号很强，但是极不稳定，而且偶尔才出现，多半是Es 层传播；如果距离更远，信号很弱，大概是F 层或其它形式的电离层传播了。知道这些有什么用呢？用处在于帮助我们选择对天线的要求。比如，F 层的传播有一个特点是越距，大约500km 以内的电台是不可能通过F 层的传播来的，这个距离内的电台信号只能以Es 层来。就象在杭州想要接收台湾的FM 电台信号，只能PNP （Plug and pray），等 Es 层，那么天线就要考虑适合Es 层的特点。 还有一个很重要的因素是极化方式，这是很容易被很多爱好者忽略的问题。电波的极化方式有三种：水平极化、垂直极化和圆

10、极化。不管理论上怎么计算，简单的判断方法，就是看振子的方向，振子是水平放的就是水平极化，垂直的就是垂直极化，圆极化不用在 FM 广播，可以不管。极化方式之所以重要，是因为要求发射方与接收方的极化方式必须一致，才能有好的接收效果。我国广播的极化方式是水平极化，所以，接收天线也应水平架设。如果极化方式不一致，会有10dB 到20dB 的损失。可是，经过电离层的反射过来的电波，早就被反射得七荤八素、颠三倒四，说不定是什么极化方式了。所以，接收DX 信号，其实垂直极化也不错，附带的一个好处，就是可以削弱本地电台的影响。天线的特性共振任何天线都谐振在一定的频率上，我们要接收哪个频率的信号，就希望天线谐振

11、在那个频率上。天线谐振是对天线最基本的要求，要不然，就没那么多讲究了，随便扔根线出去不也是天线嘛。天线的谐振问题涉及到的主要数据是波长及其四分之一。计算波长的公式很简单，300/f。其中f 的单位是MHz ，而得到的结果的单位是米。1/4波长是称作基本振子，如偶极天线是一对基本振子，垂直天线是一根基本振子。不过天线中的振子的长度并不正好是1/4波长，因为电波在导线中行进的速度与在真空中的不同，一般都要短一些，所以有一个缩短因子。这个因子取决于材料。 带宽这也是一个重要但容易被忽略的问题。天线是有一定带宽的，这意味着虽然谐振频率是一个频率点，但是在这个频率点附近一定范围内，这付天线的性能都是差不

12、多好的。这个范围就是带宽。我们当然希望一付天线的带宽能覆盖一定的范围，最好是我们所收听的整个FM 广播波段。要不然换个台还要换天线或者调天线也太麻烦了。天线的带宽和天线的型式、结构、材料都有关系。一般来说，振子所用管、线越粗，带宽越宽；天线增益越高，带宽越窄。阻抗天线可以看做是一个谐振回路。一个谐振回路当然有其阻抗。我们对阻抗的要求就是匹配：和天线相连的电路必须有与天线一样的阻抗。和天线相连的是馈线，馈线的阻抗是确定的，所以我们希望天线的阻抗和馈线一样。一般生产的馈线，主要是300奥姆、75奥姆和50奥姆三种阻抗，国外过去还有450奥姆和600奥姆阻抗的馈线。基本偶极天线的阻抗是75奥姆左右，

13、V 型偶极天线是50奥姆左右，基本垂直天线阻抗 50奥姆。其它天线一般阻抗都不是50或75奥姆，那么在把它们与馈线连接之前，需要有一定的手段来做阻抗变换。平衡对称的天线是平衡的，如偶极天线、八木天线，而同轴电缆是不平衡的，把这两者连接起来，就需要解决平衡不平衡转换的问题。增益天线是无源器件，但是天线是可以有增益的。这个增益当然是相对增益，是相对于基本偶极天线而言的。FM DX所用的天线，当然希望增益越高越好。不过别忘了，增益高往往伴随着带宽窄。方向性不是所有的天线都有方向性的。便携式收音机上的拉杆天线就没有方向性。偶极天线有弱的方向性，八木等定向天线可以得到较好的方向性。好的方向性意外着能够集

14、中收集所需方向的电波，还有一个重要的能力就是能部分地减弱本地电台信号的影响。但是定向天线并不是什么情况下都好。当没有目标而等待的时候，定向天线就有可能使你错过天线背面的信号。所以比较合理的方式，是用一个垂直天线和一付定向天线配合使用，用垂直天线等待，听到信号后，再用定向天线转过去对准了听。仰角天线的仰角是指电波的仰角，而并不是天线振子本身机械上的仰角。仰角反映了天线接收哪个高度角来的电波最强。对于F 层传播，我们希望仰角低，可以传播地远，对于 Es 层，电波主要是从高处来，我们希望仰角高。仰角的高低取决于天线型式和架设高度。一般来说，垂直天线具有低仰角，其它天线的仰角随架设高度变化。架设高度天

15、线有一个架设高度。这个高度实际上是两个高度，一个高度我们考虑它的水平面高度，这个高度对于本地信号有些用，对于DX 其实用处不大。第二个常常被忽略的高度是地面高度，是指天线到电气地面的高度。比如架设在钢筋水泥房顶的天线，虽然房子高有20米，但是天线距房顶只有1米，那么这付天线的高度只是1米。天线的高度对不同的天线有不同的影响，一般会影响天线的阻抗和仰角。通常我们认为天线的地面高度应在0.4个波长以上，才比较不受地面的影响。驻波比最后介绍这个最不被中国的爱好者熟悉的特征。驻波比反映了天馈系统的匹配情况。它是以天线作为发射天线时发射出去和反射回来的能量的比来衡量天线性能的。驻波比是由天馈系统的阻抗决

16、定的。天线的阻抗与馈线的阻抗与接收机的阻抗一致，驻波比就小。驻波比高的天馈系统，信号在馈线中的损失很大。有关天线的一些知识商都汽车频道 2005-5-10 15:46:07 点击41次短波通信是指波长米（频率为）的电磁波进行的无线电通信。短波通信传输信道具有变参特性，电离层易受环境影响，处于不断变化当中，因此，其通信质量，不如其它通信方式如卫星、微波、光纤好。短波通信系统的效果好坏，主要取决于所使用电台性能的好坏和天线的带宽、增益、驻波比、方向性等因素。近年来短波电台随着新技术提高发展很快，实现了数字化、固态化、小型化，但天线技术的发展却较为滞后。由于短波比超短波、卫星、微波的波长长，所以，短

17、波天线体积较大。在短波通信中，选用一个性能良好的天线对于改善通信效果极为重要。下面简单介绍短波天线如何选型和几种常用的天线性能。一、衡量天线性能因素天线是无线通信系统最基本部件，决定了通信系统的特性。不同的天线有不同的辐射类型、极性、增益以及阻抗。辐射类型：决定了辐射能量的分配，是天线所有特性中最重要的因素，它包括全向型和方向型。极性：极性定义了天线最大辐射方向 电气矢量的方向。垂直或单极性天线（鞭天线）具有垂直极性，水平天线具有水平极性。增益：天线的增益是天线的基本属性，可以衡量天线的优劣。增益是指定方向上的最大辐射强度与天线最大辐射强度的比值，通常使用半波双极天线作为参考天线，其它类型天线

18、最大方向上的辐射强度可以与参考天线进行比较，得出天线增益。一般高增益天线的带宽较窄。阻抗和驻波比（）：天线系统的输入阻抗直接影响天线发射效率。当驻波比（）：时没有反射波，电压反射比为。当大于时，反射功率也随之增加。发射天线给出的驻波比值是最大允许值。例如：为：时意味着，反射功率消耗总发射功率的，信号损失。为：时，损失功率，信号降低。二、几种常用的短波天线八木天线（ ） 八木天线在短波通信中 通常用于大于以上频段，八木天线在理想情况下增益可达到，八木天线应用于窄带和高增益短波通信，可架设安装在铁塔上 具有很强的方向性。在一个铁塔上可同时架设几个八木天线，八木天线的主要优点是价格便宜。 对数周期天

19、线（ ） 对数周期天线价格昂贵，但可以使用在多种频率和仰角上。对数周期天线适合于中、短波通信，利用天波信号，效率高，接近于发射期望值。与其它高增益天线相比，对数周期天线方向性更强，对无用方向信号的衰减更大。长线天线（ ） 长线天线优点是结构简单，价格低，增益适中。与八木天线和对极周期天线比，长线天线长度方向性和增益低。但其优势在于，由于其增益与线长度有关，用户可以找到最佳接收线的长度和角度。通过比较信号波长，计算出线的长度，非常适合于远距离通信。当线长倍波长在仰角为度时与双极天线比增益高，当线长倍于波长时，增益高，仰角下降到度，图为长线天线增益示图。 车载移动天线（ ） 移动天线一般工作在频段

20、上，为垂直极性天线，性能与机械特性有关，天线长度较短，在低仰角工作时，发射效率适中。在通常情况下，车载天线仰角应大于度，因为天线长度较短，是低效天线。在汽车上，机械特性限制了天线的选择，但天线可以放置为倒" " 型，这样增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率，倒" " 天线适宜用于中短波通信。三、常用短波天线性能方向性天线、简单的双极天线适用于短距离通信，但短波远距离通信信号微弱，甚至被各种噪音淹没时，天线就需要选择比双极天线增益更高的天线。理想方向性天线在工作方向上具有很高增益而无用方向上增益为。四、不同环境下天线选型固定站间远近距离通讯 由于固定站间通讯方向是固定不变的，所以一般采用高增益，方向性强的短波天线。通信距离在公里，可使用高增益，低仰角对数周期天线（），但天线价格昂贵。在实践中短波自适应电台配这种天线，可基本实现北京至昆明，乌鲁木齐甚至拉萨全天候通信。如果通信质量要求不是太高也可使用价格相对便宜的天线如八木天线，长线天线，但长线天